Syntetická léčiva Peptidy, peptidomimetika a jejich využití při vývoji nových léčiv

Transkript

1 Syntetická léčiva Peptidy, peptidomimetika a jejich využití při vývoji nových léčiv Příprava předmětu byla podpořena projektem PPA č. CZ.2.17/3.1.00/33253

2 Peptidomimetika Řada hitů je peptidové povahy. Vzhledem k nestálosti k proteasám a vzhledem ke špatné vstřebatelnosti nelze peptidy podávat orálně. Peptidomimetika jsou látky, které jsou odvozeny od peptidů a mají vyšší stabilitu. Toho se dosahuje modifikacemi, které zahrnují: inkorporaci nepřirozených aminokyselin, včetně D-řady, β aminokyselin, -alkylaci, náhradu C skupiny CS, C 2, konformační stabilizaci rigidizaci změnu sekundární struktury tzv. β- turns modifikaci - a C-konce

3 Peptidomimetika 2 2 Me C C C C C

4 DD&D - PIPELIE CCEPT DRUG DISCVERY DRUG DEVELPMET DRUG MARKETIG DRUG EXPASIS Idea lead optimization Preclinical testing DA ew clinical indications Synthesis testing :hit "candidate" Clinical Studies Approval Launch ew forms it to lead chemistry Preclinical testing strategy Clinical Studies Phase I, II, III Post marketing surveillance Marketing support Phase IV

5

6

7

8 REI IIBITRY Substrát musí mít sekvenci 8 aminokyselin (7 je jich v angiotensinogenu). Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-is-Pro-Phe-is-Leu-Val- is-pro-phe-is-leu-leu-val-tyr sekvence nutná pro dobrý substrát áhrada nestabilního Leu-Leu statinem (pozor statin statine - látka známá jako mimic dipeptidů) a modifikací konců (stabilita vůči exopeptidasam) vedly k látce SCRIP. -isovaleryl-is-pro-phe-is-sta-leu-phe- 2 (SCRIP) 2 (S) (S) 2 ( S) (S) Leu-Leu Statine

9 REI IIBITR Y - PEPTIDMIMETIKA SCRIP pouze i.v. aktivní, velmi rychle se degraduje endopeptidasami. Dalším zjednodušováním a náhradou peptidových vazeb získány enalkiren, zankiren, aliskiren. S 2 C S 2 C Me enalkiren zankiren

10 EPEPTIDVÉ REI IIBITR ALISKIRE Aliskiren je ze syntetického pohledu značně složitá molekula, která vyžaduje mnohostupňovou syntézu s celkovým výtěžkem pod 1%. Dávkování je vysoké ( mg/den). Vylepšená syntéza Speedel je lepší, stále ale cena vysoká. Aliskiren byl v roce 2007 zaveden firmou ovartis jako TEKTURA, RASILEZ. Jednodužší renin inhibitory v klinickém hodnocení selhaly např. Speedel/Merck. 2 C 2 aliskiren Me SPP635, SPP676 -??? Speedel/Merck

11

12 Bothrops jararaca Brazilie Londýn - J

13 Inhibitory angiotensin konvertujícího enzymu (ACE) prily 1956 Byl popasán ACE v plasmě Sergio Ferreira studoval účinky peptidů isolovaných z jedu brazilské zmije, po jejímž uštknutí oběť kolabuje na náhlé snížení krevního tlaku. Jako posdoc u J. Vanea nejprve prokázal u těchto látek inhibici bradykininasy (původní název bradykinin potentiating factor BPF), v roce 1968 zjištěna inhibice ACE. Z extraktu bylo isolováno 9 peptidů, in vitro nejúčinnější: Pyr-Lys-Trp-Ala-Pro In vivo teprotide (lead) Pyr-Trp-Pro-Arg-Pro-Gln-Ile-Pro-Pro John Vane se stal konzultantem pro firmu Squibb, kde se na jeho popud začala možnost využití ACE inhibitorů studovat. ejkratší peptid s vazbou na ACE tripeptid. Bylo zjištěno, že ACE obsahuje Zn 2+.

14 Inspirace (R)-2-benzylsukcinátem, který inhibuje podobný metaloenzym karboxypeptidasu A. Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-is-Pro-Phe-is-Leu angiotensin I (10 AA)

15 Inhibitory angiotensin konvertujícího enzymu (ACE) prily - SUR Zavedením S skupiny byl objeven kaptopril (CAPTE). Měl řadu vedlejších účinků (kovová chuť, kašel, ), krátký poločas > 2-3 x denně. áhradou S skupiny za druhou C skupinu byla vyvinuta řada léčiv (>10 na trhu). Většinou jsou ve formě prodrugs esterů (jinak příliš disociované). Lisinopril nemetabolizuje se. Dávkování 1-2 x denně. Často v kombinaci s diuretiky (CT). S Me C RC Me C C C 2 kaptopril enalaprilát (R = ) enalapril (R = Et) proléčivo lisinopril

16 EtC Me ramipril ALTACE, RAMIL C EtC Me C perindopril CVERSIL, PRESTARIUM EtC Me C EtC chinapril ACCUPRIL benazepril LTESI

17 10. Antihypertenziva využívající renin angiotensinový systém (15) S C C P S Me fosinopril zofenopril Zofenopril Funguje jako prodrug, příslušná S sloučenina zofenoprilat. Má také antioxidační vlastnosti a vzhledem k značné lipofilitě má i dlouhý poločas. Používá se ve formě vápenaté soli. Kromě hypotenzního účinku má i antiischemický efekt.

18

19 Angiotensin II AT1 antagonisté sartany, ARBs (Angiotensin Receptor Blockers) istorie: 1980 DuPont (John V. Duncia) - zahájili program s cílem najít Ang II antagonisty testováním fragmentů (oktapeptid saralasin je účinným antagonistou nepoužitelným in vivo není orálně biodostupný, má i agonistické účinky, ) bez úspěchu. Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-is-Pro-Phe Sar-Arg-Val-Tyr-Ile-is-Pro-Ala angiotesin II (8 AA) saralasin (8 AA) sarkosin-alanin-angiotensin Provedli screening proprietary databáze látek (> ) bez úspěchu Takeda patentovala deriváty benzylimidazolu jako Ang II antagonisty. DuPont opakoval ale nejúčinnější látka měla pozorovatelný efekt až po 100 mg/kg iv (pro 70 kg člověka by znamenalo 7 g i.v.!!!). bjevena vysoká selektivita a nízká toxicita. Takeda i ostatní firmy toho nechaly. Takeda C 2 Tyr-Ile-is-Pro

20 Angiotensin II AT1 antagonisté sartany, ARBs (Angiotensin Receptor Blockers) Byla provedena obměna látek firmy Takeda Losartan. Molekulové modelování a docking s AG II (nebyl k dispozici X-ray). Vzhledem ke struktuře AG II usoudili, že imidazol mimikuje histidin a C buď terminální C, nebo Tyr. Proto zaváděli další C, došlo jen k mírnému zlepšení vazby (EXP ). Zavedení tetrazolu vedlo k podstatnému zlepšení biodostupnosti- objeven losartan DuPont a Merck se dohodli na vývoji losartanu Losartan zaveden na trh Valsartan a další sartany. C Bu Cl C Bu Cl CMe C Bu Cl C Takeda EXP 6155 C EXP 6803 EXP 7711

21 Angiotensin II receptor Jedná se o G-protein coupled receptor (GPCR). V průběhu výzkumu AG II antagonistů bylo zjištěno, že existuje několik subtypů - CIBA-GEIGY case. Angiotensin II AT 1 receptor v cévách působením angiotensinu II způsobuje silnou vasokonstrikci. o Antagonisté sartany (vazby AT 1 jsou o 3-4 řády vyšší než AT 2 ). o Agonisté angiotensin II, experimentální látky. Angiotensin II AT 2 receptor - funkce není zcela známá, hraje zřejmě roli v procesu buněčného růstu. o Velké množství jsou v plodu (včetně mozku), u těhotných žen v děložních tkáních. o ěkteré studie naznačují, že část pozitivních efektů sartanů může být způsobena agonistickým působením volného angiotesinu II (nebo angiotensinu III) na AT 2 receptory. o Agonisté mohli by zlepšovat hojení ran (už jsou patenty). Angiotensin II AT 3 a AT 4 receptory špatně charakterizované, funkce prakticky neznámá.

22 Metodiky obměny struktury Bioisosterie - pracovní hypotéza využívaná v metodě strukturních variací. Předpoklad: u strukturně podobných fragmentů s podobným rozložením hustoty elektronů lze očekávat podobný vliv na biologickou aktivitu látky. Bioisostery esterové funkce Bioisoster karboxylové funkce R 1 R 1 nebo Bioisostery amidů Bioisostery amidinů R R 2 Bioisostery thiomočoviny 2 2 nebo 2 nebo 2 S C 2 S 2 2

23 Antimigrenika CGRP Antagonisté jako antimigrenika Calcitonin peptidový hormon s 32 AA produkovaný hlavně ve štítné žláze. Reguluje obsah minerálů v kostech, hladinu Ca 2+ v séru, Calcitonin gene gen kódující syntézu calcitoninu. Kromě mra vedoucí k syntéze calcitoninu vzniká také alternativní mra k syntéze peptidu o 37 AA nazývanému CGRP (α-forma). V hypothalamu tato mra převažuje. Calcitonin gene-related peptide (CGRP) peptid nacházející se v nervové tkání, působí silnou vasodilataci. CGRP receptor receptor, který zprostředkovává účinek CGRP.

24 Bylo zjištěno: CGRP Antagonisté jako antimigrenika že v mozku jsou během záchvatu migrény zvýšené hladiny CGRP že injekční podání CGRP vyvolá migrénu že úspěšná léčba triptany snižuje hladinu CGRP že CGRP receptory jsou v řadě cév, zvláště vysoká koncentrace je ale v cévách zajištujících prokrvení mozku že CGRP je hlavním neurotransmiterem trojklaného nervu. Z toho plyne, že CRGP je vhodný target pro vývoj antimigrenik. bměnou struktury byly syntetizovány některé peptidy s CGRP antagonistickým účinkem a na modelech se potvrdil jejich vasokonstrikční účinek. Jednalo se hlavně o C-terminální fragmenty CGRP, např. CGRP Pro terapii nejsou peptidy vhodné (proč asi???), => vývoj malých molekul.

25 Vývoj CGRP Antagonistů Podařilo se vyvinout high-throughput screening (!!!). Screenováním vlastní sbírky u firmy Boehringer Ingelheim byly objeveny hity: Br X (R) Br (S) X = ; IC 50 = nm X = 2; IC 50 = nm 2 dpovídající SR, SS a RR isomery zcela inaktivní. Testováním bylo zjištěno, že aktivita se liší dle původu receptorů (druhová specifita).

26 Vývoj CGRP Antagonistů Br Br Me (R) Br (S) Me (R) Br ( S) 2 IC 50 = nm 2 IC 50 = nm Br Br Me (R) Br (S) 2 (R) Br (S) 2 IC 50 = 226 nm 2 IC 50 = 4,7 nm

27 Vývoj CGRP Antagonistů Další obměnou byl vyvinut olcegepant, který je účinný po injekčním podání. Jeho klinická účinnost byla tzv proof of concept tohoto přístupu. lcegepant prošel úspěšně fází II klinického hodnocení. Br Br Br (S) (R) (R) Br (S) 2 2 IC 50 = 0,2 nm IC 50 = 0,03 nm Ki = 0,01 nm olcegepant

28 Vývoj CGRP Antagonistů Cílem výzkumu u firmy Merck bylo najít orálně účinné CGRP antagonisty. Screenováním série látek syntetizovaných kombinatoriální chemií u firmy Merck vybrány 2 hity. Z prvních dvou hitů byl pro další vývoj vybrán hit B (proč???). 2 Me S Ki = 4800 nm A B

29 Vývoj CGRP Antagonistů Modifikací struktury s ponecháním benzodiazepinu byl odvozen Lead I. áhradou benzodiazepinu za různé fragmenty vedlo k objevení benzimidazolinonů D (Lead II) a E. áhradou hydantoinu získán vysoce účinný analog F. Me Me Me LEAD I B Ki = 4800 nm C Ki = 55 nm F F LEAD II R Me D; R =, Ki = 43 nm E; R = 2-Py, Ki = 21 nm, F; MK-3207 Ki = 0,021 nm

30 Vývoj CGRP Antagonistů Modifikací struktury s benzodiazepinu v LEAD I byly odvozeny další analoga. Vysoce aktivní analog, přechodem na deriváty kaprolaktamu méně aktivní I, J. LEAD I Me Me G Ki = 55 nm CF 3 Ki = 22 nm Me Me I Ki = 3700 nm J Ki = 7800 nm

31 Vývoj CGRP Antagonistů Zavedením arylu do molekuly J se opět získaly vysoce aktivní látky. Látka K měla nejvyšší biodostupnost u psů, byla tedy dále modifikována. Ze substituentů na fenylu byl nejlepší 2,3-difluoro. Jako -substituent nejlepší trifluorethyl látka = telcagepant. ADVACED LEAD J Ki = 7800 nm K Ki = 25 nm R F F R L; R = C 3 5 C 2, Ki = 11 nm M; R =, Ki =83 nm ; R =, Ki = 3.6 nm ; R = CF 3 C 2, Ki = 0.8 nm

32 Vývoj CGRP Antagonistů Jako zcela zásadní se ukazuje přítomnost volné skupiny vedle C=. Zřejmě mimikuje C-konec CGRP, který je ve formě amidu. Br Br (R) (S) 2 F F CGRP C-konec CF 3 2 olcegepant telcagepant

33 CGRP Antagonisté jako antimigrenika Telcagepant antagonista CGRP receptoru, váže se na receptor a snižuje účinek CGRP, čímž dochází k vasokonstrikci. Vývoj byl ukončen ve fázi III klinického hodnocení v roce Vývoj MK-3207 zastaven ovější látky řada látek je v preklinickém testování. apř. BMS není účiná po orálním podání, ale je na zvířecím modelu (králík) účinná po intranasálním podání. To by bylo pro léčbu migrény vhodné pro rychlý nástup. F F CF 3 telcagepant MK-0974 Ki = 0,77 nm F F F F; MK-3207 Ki = 0,021 nm Me BMS Ki = 0,013 nm

34 Inhibitory Farnesyl Transferasy Inhibitory farnesyltransferasy mohou být používané jako cytostatika. 2 S Cys Lead Phe SMe Methyleneamino link Peptide bond isostere Peptidomimetikum Ester Peptidomimetikum Ponechává si S (interakce se Zn kofaktorem) Ester prodrug snižuje ionizovatelnost zvyšuje prostup membránami áhrada terminální amidoskupiny zvyšuje stálost k amidopeptidasám Isosterní část musí mimikovat vazebné interakce

35 Inhibitory Farnesyl Transferasy Stable methyleneamino link Peptide bond isostere SMe 2 R S Vazby pro R =, i-pr srovnatelné Jako bioisoster použito benzenové jádro Přítomnost fenylu nutná!!!

36 Inhibitory Farnesyl Transferasy Stable methyleneamino link Peptide bond isostere Sulfone Terminal amino group Thiol Aromatic substituent Vazby pro R =, i-pr srovnatelné Jako bioisoster použita methylenoxy skupina Přítomnost fenylu nutná!!! Zavedením sulfonu místo thioetheru se podstatně zvýšila aktivita

37 Inhibitory Farnesyl Transferasy Masking group S Peptide bond isostere SMe Masking group AZD-3409 Vybrané nejúčinnější peptidomimetikum Thiol i karboxyl jsou chráněny Jako peptidovou vazbu mimikující struktura použito benzenové jádro Pyrrolidinové jádro přináší konformační rigiditu F

38 Inhibitory Farnesyl Transferasy Structure I IC nm Imidazole ring Screeningem knihovny objeven i nepeptidový lead Jako Zn-komplexující část je imidazol

39 Inhibitory Farnesyl Transferasy Br Cl Steric shield Br 2 Imidazole ring Lonafarnib IC nm Sch IC nm Dalším vývojem se dospělo k lonafarnibu (fáze II K) V současné době je nejperspektivnějším Sch (preklinické hodnocení)